[发明专利]一种锂离子电池正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，尤其是涉及一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

背景技术

1997年Goodenough首次报道了具有橄榄石结构的磷酸铁锂能可逆地嵌入和脱嵌锂离子，由于磷酸盐优异的结构稳定性和非常好的安全性能，非常适合锂离子电池特别是动力电池的应用，被认为是锂离子电池的理想正极材料。而近年来，另一种磷酸盐系多阴离子正极材料—磷酸钒锂，由于具有高的可逆比容量、高的充放电电压和稳定的结构，受到人们的广泛关注。磷酸钒锂的平均放电平台为4.0 V左右；在3.0-5.0 V的电压范围内，理论容量为197 mAh/g，可逆容量在170 mAh/g以上，在3.0-4.5 V的电压范围内，理论容量为133 mAh/g。其具有的优良的循环性能和良好的安全性能。

近年来，硅酸盐系列的材料得到广泛的研究。硅酸盐材料原材料丰富，对环境无污染，具有优异的循环稳定性、热稳定性与安全性，是一种极具发展潜力的新型锂离子电池正极材料。人们已经对硅酸铁锂、硅酸锰锂、硅酸钴锂、硅酸镍锂等材料进行了初步的研究。

经过检索发现申请号为200810117701.8，公开号为CN101339992A，专利名称为：一种锂离子电池正极材料硅酸钒锂的制备方法的发明专利，其说明书中公开了SiO₄^4-离子取代Li₃V₂(PO₄)_.3中的PO₄^3-,得到Li₆V₂(SiO₄)_.3新材料，这种材料的分子量与Li₃V₂(PO₄)_.3几乎一样，而由于硅酸盐材料的成本低于磷酸盐材料的成本，选用磷酸钒锂Li₆V₂(SiO₄)_.3对降低产品成本效果较好，比容量较高，但材料的组成范围较小，制作出的产品系列相对单一，难以根据需要将材料调控成系列产品。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种比容量高、导电性能和循环稳定性好，并且材料的组成范围宽，容易合成，可以根据需要将材料调控成系列产品的一种锂离子电池正极材料及其制备方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

1、一种锂离子电池正极材料，其特点是：所述材料为Li_3+xV₂(PO₄)_3-x(SiO₄)_x ，其中0≤x≤3。

2、一种锂离子电池正极材料的制备方法，其特点是：步骤包括：

⑴ 称取原材料：

  按原子摩尔比Li:V:P:Si=3+x:2:3-x:x称取锂源、钒源、磷源、硅源，其中0≤x≤3；所述锂源为碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、醋酸锂、草酸锂中的一种或一种以上；所述钒源为五氧化二钒或偏钒酸胺中的一种或一种以上；所述磷源为磷酸、磷酸锂、磷酸二氢锂、磷酸氢二锂、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵中的一种或几种；所述硅源为二氧化硅或正硅酸乙酯中的一种或一种以上；

⑵ 制备凝胶状混合物：

将步骤⑴中钒源溶于浓度为5-30 %的过氧化氢水溶液或草酸溶液，将锂源、磷源、硅源加入钒源溶液，50-90℃加热持续搅拌至形成凝胶状混合物；

⑶ 制备前驱体：

将步骤⑵中凝胶状混合物置入干燥箱中70-120℃进行干燥2-10小时，得到前驱体；

⑷ 制备浆料：

按质量比0.01-0.20称取碳源和前驱体，置于球磨罐中混合，加入5-50 mL液相球磨介质进行液相球磨2-24小时，制备成浆料；

⑸ 制备Li_3+xV₂(PO₄)_3-x(SiO₄)_x材料：